基于模糊数学的安徽双季早稻生长季气候适宜性评价.docx

    基于模糊数学的安徽双季早稻生长季气候适宜性评价    王学林 柳军 黄琴琴Reference：利用安徽省均匀分布的国家常规气象观测站1965—2012年逐日气象观测数据，在已有研究的基础上，系统构建了基于降水量、日照时数及温度的安徽省双季早稻不同生育期气候适宜度模型运用Matlab软件计算各站点不同水稻生育期气候适宜度日值，在此基础上，统计分析了不同发育阶段各气象要素空间分布特征和时间变化规律结果表明，（1）双季早稻降水、日照、温度及气候适宜度分布存在空间差异，总体上南部优于北部，而且这种空间分布差异随生育阶段而改变;（2）双季早稻降水、日照、温度及气候适宜度值在不同发育阶段有所不同，早稻温度适宜度总体上呈上升趋势，而日照和降水适宜度则总体呈微弱下降趋势3）在全球气候变暖的背景下，降水量和日照时数随着温度升高，受到了一定负影响，使得二者都对水稻生长产生了负效应，而这种效应的叠加，在某种程度上，增大了气候的不适宜性，不利于水稻的发育Keys：安徽;双季早稻;气候适宜性;气候变化S162.5+3  ： A  ：1002-1302（2019）07-0054-07光、温、水是影响作物生长发育最重要的3种气候因子，气候适宜度是把气候因子（温度、光照、降水等）的数量变化，通过数学方法定量描述气候资源对作物生长发育、产量和品质影响的指标。

气候适宜度评价以气候因子数据为基础，通过建立数学模型来定量综合评价与分析区域气候资源状况20世纪80年代，陈国祯等首次提出了综合农业气候要素适宜态的效能模型、均值模型与结构模型以及农业气候的效能指数、农业气候的资源指数等概念，并制作了中国农业气候适宜度分布图[1-2]晏路明在用主成分分析方法进行农业气候系统功能的综合评价时，建立了单项气候资源指数、总气候资源指数、效能指数与利用系数模型[3]黄璜等研究了水稻、玉米、小麦等作物生育期内的气候适宜度，并由此提出了相应的生产管理措施[4-5]王雪娥通过运用系统论观点和模糊数学方法建立了玉米气候适宜度动态模型，并比较了我国河北省和美国密苏里州的玉米气候指数[6]蔡福等根据农业气象干旱指标建立了玉米不同发育期的水分适宜度模型[7]魏瑞江等成功将气候适宜度分别应用于玉米和水稻产量预报中[8-9]侯英雨等构建了日尺度气候适宜度模型以反映东北春玉米的生长发育状态[10]黄淑娥等对江西省双季稻种植期间的气候条件进行分析，并建立了相应的适宜度评价模型[11]但是目前关于安徽省早稻气候适宜度的研究涉及较少，本研究拟构建基于日尺度的安徽省双季早稻气候适宜度模型，并在此基础上，分析安徽省双季早稻不同发育阶段降水、日照、温度适宜度时空分布特征和年际变化规律，以期为安徽省早稻种植布局及气象灾害防御提供科学依据。

1 研究方法1.1 气象资料来源气象数据来源于安徽省气象信息中心，主要包括1965—2012年安徽省国家级站点逐日平均温度、最高温度、最低温度、降水量、日照时数等常规气象观测数据在运用数据前先对数据进行质量控制，去除缺测值大于5 d的数据，对缺测值小于5 d的数据采用5日滑动平均法进行处理，以保证数据资料的一致性1.2 气候适宜度模型安徽省地处长江中下游，是双季稻适宜栽培区之一，双季稻生长季节一般在3—10月，其发育时间长短主要取决于生长期内气候因子好坏由于温、光、水的季节变化特征以及受近年来全球气候变暖的影响，早稻生长期间春季低温连阴雨、小满寒、汛期洪涝、高温（逼熟）、伏秋干旱、秋季低温等气象灾害频发，造成水稻产量波动大因此，系统分析安徽省双季早稻种植区光、温、水气候适宜度时空变化特征，可为该省双季早稻优化种植布局、选择品种和关键期调整提供科学依据本研究重点从光、温、水3个方面构建气候适宜度模型1.2.1 温度适宜度模型 气温对农作物生长发育的适宜度可用隶属函数来表示，温度适宜度[12]为S（T）=（T-Tmin）（Tmax-T）B（T0-Tmin）（Tmax-T0）B;B=（Tmax-T0）/（T0-Tmin）。

式中：S（T）为早稻生长发育过程中温度适宜度;T为早稻发育阶段的旬平均温度;B为由三基点温度决定的常数;Tmin、Tmax、T0分别为早稻各生育期的三基点温度，即下限温度、上限温度和最适温度，其取值见表11.2.2 降水适宜度模型S（R）=R/R0，R≤R0R0/R，R0 式中：S（R）为早稻各发育阶段降水适宜度值;R为早稻不同发育阶段旬累积降水量;R0为早稻在某个特定发育阶段生理需水量双季早稻移栽至大田后不同发育阶段的生理需水量R0值见表1[12-13]1.2.3 日照适宜度模型S（S）=e-[（S-S0）/b]2， S 1，S≥S0式中：S（S）为早稻各发育阶段日照适宜度值;S为早稻不同生育阶段旬实际日照时数;S0为早稻相应生育期光照条件达到适宜状态的日照时数;b为日照适宜度参数，本研究取日照百分率达70%时作为双季早稻生长发育最适宜状态1.2.4 气候适宜度模型 采用几何平均方法对温度、降水、日照单因子适宜度求取平均值构建双季早稻不同发育阶段综合气候适宜度模型[14]，即Si=3Si（T）×Si（R）×Si（S）式中：Si为双季早稻各发育阶段气候适宜度值2 结果与分析2.1 安徽双季早稻不同生育期气候适宜度空间分析2.1.1 降水适宜度分析 安徽省早稻不同生育期降水適宜度值空间分布见图1。

早稻秧苗期（图1-a）降水适宜度值在0.30～0.67之间，自北向南具有明显的带状分布特征，低值区位于最北部砀山县、亳州市，六安市、合肥市、滁州市以南地区降水适宜度值均超过0.50，降水较丰富，要注意及时开沟排水，防止长期淹苗移栽返青期降水适宜度分布见图1-b，总体与秧苗期差异不大，降水适宜度平均为0.53，北部砀山县、亳州市和宿州市较低，为0.39～0.45，南部的六安市、合肥市、滁州市和宁国市适宜度较高，约在0.62～0.67之间，降水资源较丰富早稻分蘖期降水适宜度分布见图1-c，全省大部分地区分蘖期降水适宜度值均超过0.50，高值区主要位于长江流域附近一带，各地区降水适宜度与移栽返青期总体一致图1-d为拔节孕穗期降水适宜度分布情况，全省平均降水适宜度在 0.47 左右，适宜度值总体呈现北低南高趋势，但是0.50适宜度分界线向南收缩到六安市、合肥市和滁州市一带安徽省早稻抽穗开花期降水适宜度分布见图1-e，全省大部分地区降水适宜度值均超过0.50，表明早稻抽穗灌浆期降水较丰富，较不适宜区（0.47～0.50）主要包括北部的砀山县、亳州市和宿州市，最适宜区（0.61～0.63）为南部的霍山县、宁国市和滁州市，其他地区降水适宜度自北向南递增。

早稻灌浆成熟期降水适宜度分布见图1-f，全省降水适宜度均超过0.50，平均降水适宜度为0.56，降水较不适宜地区（0.50～0.53）主要在合肥市、六安市和安庆市等地2.1.2 温度适宜度分析 大多作物对温度较为敏感，过高或过低的温度对作物的生长发育均不利，只有满足一定的温度条件，作物才能进行正常的生长发育早稻苗期温度适宜度分布见图2-a，全省苗期温度适宜度值自北向南整体呈现增加的趋势，平均值低于0.50，适宜区（0.32～0.35）分布在砀山县、宿州市和寿县一带，最适宜区（0.44～0.45）为南部的安庆市和屯溪区移栽返青期各地温度适宜度值（图2-b）均高于苗期，其整体分布规律与苗期基本相似分蘖期早稻温度适宜度（图2-c）呈现南高北低的趋势，平均值在0.51左右，寿县是适宜度低值区（0.45），安庆市适宜度最高（0.58），较不适宜区（0.45～0.48）位于砀山县、宿州市和滁州市一带拔节孕穗期温度适宜度值（图2-d）明显高于苗期、移栽返青期和分蘖期，从东南向西北整体降低，适宜度值在0.75～0.84之间，最适宜区（0.83～0.84）分布在亳州市、阜阳市和安庆市等地抽穗开花期温度适宜度值分布见图2-e，全省温度适宜度为0.69～0.79，亳州市最高，宁国市最低，平均值约为0.75，且北部高于南部。

灌浆成熟期温度适宜度值（图3-f）以砀山县最高，安庆市最低，从北到南整体呈现明显的递减趋势2.1.3 日照适宜度分析 光是作物物质和能量的根本来源，同时也是光合作用的必备条件，光照时间的多少不仅会影响到植物的正常生理活动，而且对作物最终产量的形成有决定性作用由图3-a可知，安徽省早稻苗期日照适宜度值在0.40～0.69之间，整体随纬度增大而增加，呈明显的带状分布特征，较不适宜区（0.40～0.46）为屯溪区和安庆市，较适宜区（0.64～0.69）为砀山县、宿州市和亳州市移栽返青期日照适宜度（图3-b）较苗期有所增加，且在低纬度地区增加更明显，适宜度值处于0.46～0.70之间分蘖期和拔节孕穗期日照适宜度分别见图3-c和图 3-d，拔节孕穗期适宜度略高于分蘖期，分蘖期日照适宜度为0.47～0.69，全省平均适宜度值约为0.59，拔节孕穗期日照适宜度为0.52～0.73，平均适宜度值在0.64左右，2个生育期日照适宜度均整体随纬度增加而增加早稻抽穗开花期日照适宜度分布见图3-e，全省日照适宜度为0.47～0.70，具有明显的北高南低的带状分布特征，日照较适宜区分布在亳州市、宿州市和砀山县等地，较不适宜区位于屯溪区和宁国市一带。

灌浆成熟期日照适宜度值在0.57～0.64之间（图3-f），不同等级日照适宜度在全省成片状分布，但是总体而言，南部较高而北部相对较低，较不适宜区（0.57～0.58）为蚌埠市、阜阳市和滁州市等地，较适宜区（0.64）在安庆市、屯溪区和宁国市等地2.1.4 气候适宜度分析 光、温、水作为影响植物生长发育最重要的三大气候因子，其对植物的影响并不是独立的，而是通过相互作用共同决定植物的生长状况早稻不同发育阶段综合气候适宜度分布见图4，双季早稻苗期气候适宜度值（图4-a）为0.40～0.52，较适宜区（0.51～0.52）为六安市、合肥市和安庆市等地移栽返青期气候适宜度值（图4-b）较苗期有所增加，但是不同等级适宜度区域的分布情况较为接近早稻分蘖期气候适宜度值分布见图4-c，全省气候适宜度均高于0.50，变化幅度较小，其中砀山县一带最低，六安市附近最高，较适宜区（0.58～0.59）为六安市和巢湖市等地，由此向南北2个方向适宜度逐渐下降拔节孕穗期气候适宜度分布见图4-d，全省气候适宜度值为0.56～0.66，较适宜区（0.65～0.66）包括六安市、安庆市和宁国市等地，较不适宜区（0.56～0.58）在砀山县一带，其他地区气候适宜度总体随纬度降低而增加。

图4-e为抽穗开花期气候适宜度分布，全省气候适宜度值为0.57～0.64，变化幅度较小，气候适宜度值总体自东南向西北增加，气候较适宜（0.64）地区为砀山县、亳州市、宿州市、阜阳市、寿县图4-f为灌浆成熟期气候适宜度分布，全省氣候适宜度为0.59～0.68，较不适宜区（0.59～0.61）包括合肥市和安庆市，其他地区气候适宜度以此为中心向西北和东南部2个方向逐渐递增2.2 安徽双季早稻各生育期年际变化特征1965—2012年早稻不同生育期气候适宜度变化见图5图5-a表示各发育期降水适宜度变化情况，苗期降水适宜度随时间的变化存在明显的波动性，1979年最大，为0.78，1983年最小，仅为0.24移栽返青期降水适宜度为0.23～0.78，1981年最大，而2002年最小，全时间域内波动周期约为5年，但是20世纪80年代中期到90年代中期降水适宜度相对较为稳定，为0.50左右分蘖期降水适宜度为0.19～0.83拔节孕穗期降水适宜度为0.13～0.79，20世纪90年代前波动周期变化较大，90年代后波动周期相对稳定，为3年左右抽穗开花期降水适宜度年际变化较稳定，在20世纪80年代中后期到21世纪前期表现。